八路智能搶答器

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 課題名稱: 數(shù)字搶答器 學(xué)生姓名 專 業(yè) 班 級(jí) 時(shí) 間 指導(dǎo)教師 電子信息與自動(dòng)化工程系 1 目錄 摘要 I 第1章 緒論 1 1.1課題研究的相關(guān)背景 2 1.2選題的目的和意義 2 1.3課題研究的內(nèi)容 4 1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 1.5搶答器目前存在的主要問(wèn)

2、題 11 第2章 搶答器的系統(tǒng)概述 2 2.1搶答器的系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介 2 2.2搶答器的工作原理簡(jiǎn)介 2 2.3搶答器系統(tǒng)的需求分析 4 2.4搶答器的工作流程 4 2.5搶答器的工作過(guò)程 11 第3章 搶答器的單元電路設(shè)計(jì) 6 3.1搶答器設(shè)計(jì)中的數(shù)字優(yōu)先編碼電路 6 3.2搶答器設(shè)計(jì)中的譯碼/鎖存/驅(qū)動(dòng)電路 8 3.3搶答器設(shè)計(jì)中的數(shù)碼顯示電路 9 3.4搶答器設(shè)計(jì)中的報(bào)警電路 10 第4章 搶答器的電路設(shè)計(jì)圖 6 4.1搶答器實(shí)物電路圖 6 4.2搶答器工作原理電路圖 8 4.3搶答器PCB板電路圖 9 第5章 總結(jié)與展望 14 參考文獻(xiàn) 15 致謝 1

3、6 附錄 17 摘 要 隨著科技的日新月異，促使人們開(kāi)始學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識(shí)。搶答器是一個(gè)機(jī)關(guān)學(xué)校開(kāi)展智力競(jìng)賽活動(dòng)必不可少的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于學(xué)校、教育部門、企事業(yè)工會(huì)組織、俱樂(lè)部等單位組織舉辦各種知識(shí)、技術(shù)競(jìng)賽及文娛活動(dòng)時(shí)作搶答使用。 八路數(shù)字搶答器電路包括搶答，編碼，優(yōu)先，鎖存，數(shù)顯，復(fù)位及報(bào)警電路。搶答器數(shù)字優(yōu)先編碼電路由D1-D12組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)字的編碼。CD4511是一塊含BCD-7段鎖存/譯 碼/驅(qū)動(dòng)電路于一體的集成電路。搶答器報(bào)警電路由NE555接成音多諧振蕩器構(gòu)成。搶答器數(shù)碼顯示電路由數(shù)碼管組成，輸入的BCD碼自動(dòng)地由 CD4511內(nèi)部電路譯碼成十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示

4、。經(jīng)過(guò)布線、焊接、調(diào)試等工作的八路數(shù)字智能搶答器成形，更具有實(shí)用性。 關(guān)鍵字：CD4511 數(shù)碼顯示電路 報(bào)警電路 數(shù)字編碼電路 第1章 緒論 １. １課題研究的相關(guān)背景 在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)中，知識(shí)競(jìng)賽，評(píng)選優(yōu)勝，選拔人才之類的活動(dòng)愈加頻繁。在競(jìng)賽中，都是多個(gè)選手一起參加，如果采用舉手回答問(wèn)題的這個(gè)方式來(lái)進(jìn)行競(jìng)賽已經(jīng)不適應(yīng)社會(huì)的需要。并且在主持人提出的問(wèn)題時(shí)候，如果讓選手用舉手等方法來(lái)進(jìn)行搶答，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。而在當(dāng)

5、今社會(huì)里，比賽要追求準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，這時(shí)候智能搶答器就派上用場(chǎng)了。 智能搶答器是一種應(yīng)用十分廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它都能客觀、迅速地判別出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只是由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等器件組成的，能通過(guò)發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)智能搶答器都由單片機(jī)或數(shù)字集成電路構(gòu)成的，并且新增了許多功能，如選手號(hào)碼顯示，搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)，選手得分顯示等功能。 隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器向著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了智能搶答器的制造成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越來(lái)越多，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器肯定很有市場(chǎng)。因此，

6、我選擇簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器這一課題。 八路智能搶答器主要由數(shù)字優(yōu)先編碼電路、鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)電路于一體的CD4511集成電路、數(shù)碼顯示電路和報(bào)警電路組成。優(yōu)先編碼電路、CD4511集成電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在數(shù)碼顯示管上輸出，用報(bào)警電路對(duì)時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，這樣就構(gòu)成了八路智能搶答器電路。 1.2 選題的目的和意義 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),讓我了解到了八路智能搶答器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，也初步掌握八路智能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高實(shí)踐動(dòng)手能力和思考問(wèn)題的能力。同時(shí)通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也讓我鞏固了以前學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，建立邏輯數(shù)字電路的理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解了八路智能搶答器各單元電路之間的關(guān)系

7、及相互影響。初步掌握了八路智能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)參考大量文獻(xiàn)對(duì)八路智能搶答器的工作原理進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，通過(guò)詳細(xì)的調(diào)查和權(quán)威技術(shù)資料及相關(guān)情報(bào)的收集，為我們更深刻的了解電子技術(shù)提供了很好的平臺(tái)，使得更好的讓理論與實(shí)踐相結(jié)合。 1.3 課題研究的內(nèi)容 八路智能搶答器是采用了CD4511集成芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)功能要求的，在搶答過(guò)程中，每個(gè)選手都有一個(gè)搶答按鈕。在主持人按下復(fù)位鍵宣布搶答開(kāi)始的時(shí)候，選手就開(kāi)始進(jìn)行搶答，在指定時(shí)間內(nèi)選手進(jìn)行搶答，數(shù)碼顯示屏上會(huì)顯示最先搶答選手的編號(hào)。如果主持人沒(méi)有按下開(kāi)始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的編號(hào)，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。主持人

8、可按復(fù)位鍵，新一輪搶答開(kāi)始。 通過(guò)研究后發(fā)現(xiàn)，采用數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器與目前常用的搶答器相比優(yōu)點(diǎn)還是有很多的。首先，設(shè)計(jì)電路連接簡(jiǎn)單，因?yàn)椴捎昧薈D4511集成芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)的，大多數(shù)功能單元都能通過(guò)數(shù)字電路完成，第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性和實(shí)用性。 本論文章節(jié)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下: 第一章：緒論。簡(jiǎn)要介紹了八路智能搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀；簡(jiǎn)要概述了本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容。 第二章：搶答器系統(tǒng)概述。說(shuō)明了八路智能搶答器的工作過(guò)程和主要功能。 第三章：搶答器的單元電路設(shè)計(jì)。詳細(xì)概述了本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，八路智能搶答器各單元電路的設(shè)計(jì)。 第

9、四章：搶答器的電路設(shè)計(jì)圖。展示了八路智能搶答器的電路圖、工作原理電路圖、PCB板電路圖，更形象的表現(xiàn)出電路設(shè)計(jì)的思路。 第五章：總結(jié)與展望。總結(jié)課題設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題，提出改善的意見(jiàn)，并展望搶答器的未來(lái)設(shè)計(jì)。 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著我國(guó)搶答器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。技術(shù)工藝，是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是否能不斷領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)者的重要指標(biāo)依據(jù)。了解國(guó)內(nèi)外搶答器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。目前市場(chǎng)上搶答器種類繁多，功能各異，價(jià)格差

10、異也很大。那么選擇一款真正適合的智能搶答器就非常重要。 智能搶答器一般分為電子搶答器和電腦搶答器。電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是由搶答器由數(shù)字電子集成電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語(yǔ)音非記分搶答器和語(yǔ)音記分搶答器。非語(yǔ)音記分搶答器構(gòu)造很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)搶答器的主機(jī)和一個(gè)搶答按鈕組成，在搶答過(guò)程中選手是沒(méi)有記分的顯示屏。語(yǔ)音記分搶答器是由一個(gè)搶答器的主機(jī)、主機(jī)的顯示屏以及選手的記分顯示屏等構(gòu)成，具有記分等功能。電子搶答器多適用于學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的簡(jiǎn)單的搶答活動(dòng)。電腦搶答器又分為無(wú)線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無(wú)線電腦搶答器的構(gòu)成是由：主機(jī)和搶答器專用的軟件和無(wú)線按鈕。無(wú)線電腦搶答器利用電

11、腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來(lái)，一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng)。有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來(lái)，電腦再和投影儀配合起來(lái)，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。 搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合，但目前所使用的搶答器有的電路較復(fù)雜不便于制作,可靠性低，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難；有的則用一些專用的集成塊 ,而專用集成塊的購(gòu)買又很困難。而我所設(shè)計(jì)的多功能搶答器——簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器具有電路簡(jiǎn)單，元件普通 ,易于購(gòu)買等優(yōu)點(diǎn),很好地解決了制作者制作困難和難于購(gòu)買的問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)始了普遍的應(yīng)用。 1.5 搶答器目前存在的主要問(wèn)題 隨著

12、科技技術(shù)的不斷發(fā)展，促使人們開(kāi)始學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識(shí)。搶答器是一個(gè)機(jī)關(guān)學(xué)校開(kāi)展智力競(jìng)賽活動(dòng)必不可少的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于學(xué)校、教育部門、企事業(yè)工會(huì)組織、俱樂(lè)部等單位組織舉辦各種知識(shí)、技術(shù)競(jìng)賽及文娛活動(dòng)時(shí)作搶答使用。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，質(zhì)量較差。作為一個(gè)單位若專購(gòu)一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使搶答器損壞，再購(gòu)置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開(kāi)展。 目前多數(shù)智能搶答器存在一下幾點(diǎn)不足： 首先，現(xiàn)場(chǎng)線路連接復(fù)雜。因?yàn)槊總€(gè)選手位于搶答現(xiàn)場(chǎng)的不同位置，每個(gè)選手與控制臺(tái)之間要有長(zhǎng)長(zhǎng)的連接線。選手越多，連接線就越多、越亂，這些連接

13、線不僅影響了現(xiàn)場(chǎng)的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場(chǎng)人員的走動(dòng)。 其次，電路復(fù)雜。因?yàn)楹?jiǎn)單邏輯電路只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、譯碼、計(jì)分顯示等仍只能通過(guò)數(shù)字集成電路完成。采用簡(jiǎn)單邏輯電路掃描技術(shù)識(shí)別選手搶按號(hào)碼時(shí)，電路的延遲時(shí)間較大。 最后，容易出現(xiàn)選手搶按成功現(xiàn)象。 第二章 搶答器的系統(tǒng)概述 2.1 系統(tǒng)的主要功能簡(jiǎn)介 八路智能搶答器的主要功能有如下三點(diǎn)： 1. 可同時(shí)供8名選手參加比賽，其相應(yīng)的編碼分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)。

14、 2. 給主持人設(shè)置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開(kāi)始。 3. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。 2.2搶答器的工作原理簡(jiǎn)介 如圖2-1所示為搶答器的結(jié)構(gòu)框圖，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成檢測(cè)數(shù)碼管工作情況。其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示

15、設(shè)定時(shí)間；主持人將開(kāi)關(guān)置于"開(kāi)始"狀態(tài)，宣布"開(kāi)始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開(kāi)始"狀態(tài)開(kāi)關(guān)。 圖2-1 搶答器結(jié)構(gòu)框圖 2.3 搶答器系統(tǒng)的需求分析 1、在搶答中，只有主持人按下復(fù)位鍵后搶答才有效，如果在開(kāi)始搶答前搶答為無(wú)效。 2、可以顯示是哪位選手有效搶答，搶答成功后有音樂(lè)提示。 3、按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無(wú)效非法。 2.4 搶答器的工作

16、流程 搶答器的基本工作原理:在搶答競(jìng)賽或呼叫時(shí)，有多個(gè)信號(hào)同時(shí)或不同時(shí)送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識(shí)別、記錄第一個(gè)號(hào)碼，同時(shí)內(nèi)部的定時(shí)器開(kāi)始工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號(hào)。在整個(gè)搶答器工作過(guò)程中，顯示電路、語(yǔ)音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號(hào)。搶答器的工作流程分為、系統(tǒng)復(fù)位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖2-2所示。 加載程序 運(yùn) 行 行 開(kāi)始 開(kāi)始數(shù)碼管顯 示FFF開(kāi)始搶 按時(shí)間倒計(jì)時(shí) 開(kāi)始前有選手搶按 顯示違例選手號(hào)碼并伴有語(yǔ)音報(bào)警 倒計(jì)時(shí)結(jié) 束，超時(shí) 有選手 搶按 顯示FFF

17、 顯示選手號(hào)碼，倒計(jì) 時(shí)時(shí)間,語(yǔ)音報(bào)警，答 題,答題時(shí)間倒計(jì)時(shí) 正常流程 違規(guī)流程 若超過(guò)答題 時(shí)間，則數(shù) 碼管顯示FFF 答題完畢 根據(jù)選手表現(xiàn)，規(guī) 則由主持人減分 圖2-2 搶答器的工作流程 2.5 搶答器的工作過(guò)程 1、如果想調(diào)節(jié)搶答時(shí)間或答題時(shí)間,按"加一"鍵或"減一"鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時(shí)會(huì)顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時(shí)間或回答時(shí)間值,如想加一秒按一下"加1s"鍵,如果想減一秒按一下"減1s"鍵，時(shí)間LED上會(huì)顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為0~99s, 0s時(shí)再減1s會(huì)跳到99，99s時(shí)再加1s會(huì)變到0s。 2、主持人按"搶答開(kāi)始"鍵，會(huì)有提示音

18、，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)15s搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)10s搶答時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。倒數(shù)時(shí)間到小于5s會(huì)每秒響一下提示音。 3、如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按"停止"按鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開(kāi)始"進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。 4、如果主持人未按"搶答開(kāi)始"鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不斷閃爍FF和犯規(guī)號(hào)數(shù)并響個(gè)不停，直到按下"停止" 鍵為止。 總而言之，本課題利用簡(jiǎn)單邏輯數(shù)字電路設(shè)計(jì)了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統(tǒng)的可靠性、簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)。